复合材料的基体材料.
复合材料基体(Matrix)材料
2、非氧化物陶瓷
主要有氮化物、碳化物、硼化物和硅化物。 特点：是耐火性和耐磨性好，硬度高，但脆
性也很强。碳化物、硼化物的抗热氧 化温度约900-1000C，氮化物略低些 ，硅化物的表面能形成氧化硅膜，所 以抗热氧化温度可达1300-1700C。
★ 氮化硅（Si3N4）属六方晶系，有、两种 晶相。其强度和硬度高、抗热震和抗高温蠕变 性好、摩擦系数小，具有良好的耐（酸、碱和 有色金属）腐蚀（侵蚀）性。抗氧化温度可达 1000C，电绝缘性好。
★ -SiC属六方晶系，- SiC属等轴晶系。 高温强度高，具有很高的热传导能力以及较 好的热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性。
★ 氮化硼具有两种结构： A、类似石墨的六方结构，可作为高温自润滑材料
在高温（1360C）和高压作用下可转变成立方 结构的-氮化硼。 B、 -氮化硼立方结构，耐热温度高达2000C， 硬度极高，可作为金刚石的代用品。
其熔点在1700C以上，主要为单相多晶结构， 还可能有少量气相（气孔）。微晶氧化物的强度 较高；粗晶结构时，晶界残余应力较大，对强度 不利。氧化物陶瓷的强度随环境温度升高而降低。 这类材料应避免在高应力和高温环境下使用。这 是因为Al2O3和ZrO2的抗热震性差；SiO2在高温下 容易发生蠕变和相变等。
复合材料--基体（Matrix）材料
一、聚合物及其分类
聚合物包括：热固性聚合物和热塑性聚合物。 1、热固性聚合物:
通常为分子量较小的液态或固态预聚体，经加 热或加固化剂发生交联化学反应并经过凝胶化和固 化阶段后，形成不溶、不熔的三维网状高分子。
主要包括：环氧、酚醛、双马、聚酰亚胺树脂等。 各种热固性树脂的固化反应机理不同，根据使
4、 玻璃陶瓷（微晶玻璃）
许多无机玻璃可通过适当的热处理使其由非 晶态转变为晶态，这一过程称为反玻璃化。对于 某些玻璃反玻璃化过程可以控制，最后能够形成 无残余应力的微晶玻璃。这种材料成为玻璃陶瓷。
复合材料中的基体材料
复合材料中的基体材料复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料，其中一种材料称为基体材料。
基体材料在复合材料中起到支撑和固定增强材料（通常是纤维或颗粒）的作用。
基体材料的选择对复合材料的性能和应用起着至关重要的作用。
下面将介绍一些常见的基体材料及其特点。
1.金属基体材料：金属基体材料主要是指铝、镁、钛等金属材料。
金属基复合材料具有高强度、高刚度、优良的导热性、良好的耐腐蚀性和可加工性等优点。
金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、船舶制造和建筑等领域。
2.高分子基体材料：高分子基体材料主要是指树脂类材料，如环氧树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺等。
高分子基复合材料具有重量轻、绝缘性能好、抗腐蚀性能好等特点。
高分子基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电器等领域。
3.陶瓷基体材料：陶瓷基体材料主要是指氧化铝、氧化硅、碳化硅等无机材料。
陶瓷基复合材料具有高硬度、高耐磨性、抗高温等特点。
陶瓷基复合材料广泛应用于制造耐火材料、摩擦材料和高温结构材料等领域。
4.碳基体材料：碳基体材料主要是指碳纤维、炭黑等碳材料。
碳基复合材料具有重量轻、高强度、高刚度、耐高温、导电性能好等特点。
碳基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、体育器材等领域。
5.纳米基体材料：纳米基体材料主要是指纳米颗粒、纳米管、纳米片等纳米材料。
纳米基复合材料具有独特的物理、化学和力学性能，如高强度、高硬度、低摩擦系数等。
纳米基复合材料在材料科学领域具有重要的应用前景。
总之，基体材料是复合材料中重要的组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的性能和应用范围。
随着科技的发展，不断有新型的基体材料涌现，为复合材料的开发和应用带来了新的可能性。
复合材料 第三章 复合材料的基体材料
颗粒增强钛合金，可以获得更高的高温性能。
美国己成功地试制成碳化硅纤维增强钛复合 材料，用它制成的叶片和传动轴等零件可用于高
性能航空发动机。
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现在已用于钛基复合材料的钛合金的成分和性能如下
钛合金的成分和性能
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C、用于600-900 ℃的复合材料的金属基体 铁和铁合金是在此温度范围内使用的金
属基体。
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(２ )
金属间化合物
金属间化合物种类繁多，而用于金属基 复合材料的金属间化合物通常是一些高温合 金，如铝化镍，铝化铁、铝化钛等，使用温
度可达1600℃。
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在这些高温合金的晶体结构中，原子主
要以长程有序方式排列。由于这种有序在金
属间化合物中发生位错要比在无序合金中受 到更大的约束，因此能使化合物在高温下保
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单靠金属与合金难以具有优良的综合物
理性能，而要靠优化设计和先进制造技术将 金属与增强物做成复合材料来满足需求。
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例如，电子领域的集成电路，由于电子
器件的集成度越来越高，单位体积中的元件
数不断增多，功率增大，发热严重，需用热
膨胀系数小、导热性好的材料做基板和封装
零件，以便将热最迅速传走，避免产生热应 力，来提高器件的可靠性。
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3 功能用金属基复合材料的基体
功能用金属基复合材料随着电子、信息、
能源、汽车等工业技术的不断发展，越来越受 到各方面的重视，面临广阔的发展前景。
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高技术领域的发展要求材料和器件具有 优良的综合物理性能，如同时具有高力学性
能、高导热、低热膨胀、高导电率、高抗电
弧烧蚀性、高摩擦系数和耐磨性等。
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对于不同类型的复合材料应选用合适的铝、镁 合金基体。 例如，连续纤维增强金属基复合材料一般选用 纯铝或含合金元素少的单相铝合金； 而颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具 有高强度的铝合金。
复合材料的基体材
复合材料的基体材
常见的复合材料基体材料包括金属、聚合物和陶瓷等。
金属基体材料是最早被应用于复合材料的基体材料之一、金属基复合材料具有高强度、刚性和导热性能，还具有优良的机械性能和良好的成型性能。
由于金属本身的导热性和良好的电导性，金属基复合材料广泛应用于热传导和电传导方面的应用，如散热器、导电线和电子器件等。
聚合物基体材料是应用最广泛的复合材料基体材料之一、聚合物基复合材料具有重量轻、加工性能好、电绝缘性好、化学稳定性好等特点。
此外，聚合物基体材料的成本相对较低，易于大规模生产。
因此，聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车工业、电子设备和建筑等领域。
陶瓷基体材料具有高强度、高硬度、高耐压性和高耐磨性等特点。
陶瓷基复合材料的主要优点是在高温和高压环境下具有出色的性能。
陶瓷基复合材料常用于高性能陶瓷刀具、高温热力设备和用于材料强化的陶瓷纤维等领域。
此外，还有一些其他的基体材料，如碳纤维基体材料和纤维增强中空玻璃基体材料等。
碳纤维基体材料具有重量轻、高强度、高弹性模量和耐腐蚀性强等特点，常用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
而纤维增强中空玻璃基体材料以其低密度、优良的隔热性能和抗雷击性能而得到广泛应用。
综上所述，复合材料的基体材料类型丰富多样，每种材料都有其独特的优点和应用领域。
随着科技的不断进步和需求的不断增加，对基体材料的研发和应用也在不断深入，为复合材料的发展提供了更广阔的空间。
复合材料的基体材料
的强度，使复合材料性能恶化。
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因此，选择基体材料时，应充分注意与增强 物的相容性（特别是化学相容性），并尽可能在
复合材料成型过程中抑制界面反应。例如：
对增强纤维进行表面处理； 在金属基体中添加其他成分；
选择适宜的成型方法；
缩短材料在高温下的停留时间等。
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2、结构用金属基复合材料的基体
用于各种航天、航空、汽车、先进武器等结构 件的复合材料一般均要求有高的比强度和比刚度， 因此大多选用铝及铝合金、镁及镁合金作为基体金 属。目前研究发展较成熟的金属基复合材料主要是 铝基、镁基复合材料，用它们制成各种高比强度、
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③ 基体金属与增强物的相容性
首先，由于金属基复合材料需要在高温下成型，制备过 程中，处于高温热力学非平衡状态下的纤维与金属之间很容 易发生化学反应，在界面形成反应层。 界面反应层大多是脆性的，当反应层达到一定厚度后， 材料受力时将会因界面层的断裂伸长小而产生裂纹，并向周 围纤维扩展，容易引起纤维断裂，导致复合材料整体破坏。
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镍基铸造高温合金是以镍为基体，用铸造工 艺成型的高温合金，能在600~1100℃的氧化和燃
气腐蚀气氛中承受复杂压力，并能长期可靠地工
作，主要用于制造涡轮转子叶片和导向叶片及其 他在高温条件下工作的零件。
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另外，用钨丝、钍钨丝增强镍基合金还可以 大幅度提高其高温性能。如高温持久性能和高温 蠕变性能，一般可提高1.3倍，主要用于高性能航 空发动机叶片等重要零件。
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对于不同类型的复合材料应选用合适的铝、镁 合金基体。 例如，连续纤维增强金属基复合材料一般选用 纯铝或含合金元素少的单相铝合金； 而颗粒、晶须增强金属基复合材料则选择具 有高强度的铝合金。
复合材料中基体和增强体的作用
复合材料中基体和增强体的作用复合材料是由至少两种不同材料组成的材料，主要包括基体和增强体。
基体是复合材料的主体组成部分，起到支撑和固定增强体的作用。
增强体则是基体中的强化组分，负责提高复合材料的力学性能。
基体是复合材料的主要组成部分，起到支撑和固定增强体的作用。
基体通常是一种具有良好的柔韧性和强度的材料，如树脂、金属、陶瓷等。
基体的选择需要考虑复合材料的使用环境、应力要求以及成本等因素。
基体的性能决定了复合材料的整体性能，如强度、刚度、耐磨性等。
增强体是复合材料中起到强化作用的组分，通常是纤维、颗粒或片层状的材料。
增强体可以提高复合材料的强度、刚度和耐用性。
常见的增强体包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。
增强体的选择取决于对复合材料所需的特定性能，如高强度、高刚度或高温耐受性。
基体和增强体的相互作用是复合材料性能的关键因素。
增强体的存在增加了复合材料的强度和刚度，同时还可以提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
基体则提供支撑和固定增强体的功能，防止其从基体中脱离。
1.机械锁定作用：基体和增强体之间的力学锁定作用是通过增强体与基体之间的相互作用力和摩擦力来实现的。
增强体的形状和分布对锁定效果起到重要作用。
2.能量转化作用：增强体能吸收和分散外部载荷作用时的能量，通过增强体和基体之间的相互作用将能量转移到基体中，从而提高了复合材料的韧性和抗冲击性能。
3.功率传递作用：增强体通过相互作用将应力传递到基体中，增加了复合材料的整体强度和刚度。
增强体的刚度和强度越高，功率传递效果越好。
4.界面作用：基体和增强体的界面对于复合材料的性能起着重要作用。
界面的结构和性质影响着基体和增强体之间的相互作用，如界面的粘着强度和亲和性。
5.互补效应：基体和增强体的不同性质和结构相互补充，共同提高了复合材料的综合性能。
增强体可以弥补基体的缺陷，提高复合材料的强度和刚度，而基体可以提供增强体所不具备的柔韧性。
综上所述，基体和增强体在复合材料中具有不可替代的作用。
第二章 复合材料基体讲解
聚碳酸酯的应用
• (5)用于包装领域 近年来，在包装领域出现的新增长点是可重复消毒和使 用的各种型号的储水瓶。由于聚碳酸酯制品具有质量轻， 抗冲击和透明性好，用热水和腐蚀性溶液洗涤处理时不变 形且保持透明的优点，目前一些领域PC瓶已完全取代玻 璃瓶。 • (6) 用于电子电器领域 由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定 的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，其良好的难燃性 和尺寸稳定性，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领 域。聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械，电动 工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零 件等。
Chapter 9 Composites
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酚醛树脂应用
• 生产模压制品的压塑粉是酚醛树脂的主要用途之一。采用辊压法、 螺旋挤出法和乳液法使树脂浸渍填料并与其他助剂混合均匀，再 经粉碎过筛即可制得压塑粉。常用木粉作填料，为制造某些高电 绝缘性和耐热性制件，也用云母粉、石棉粉、石英粉等无机填料。 压塑粉可用模压、传递模塑和注射成型法制成各种塑料制品。热 塑性酚醛树脂压塑粉主要用于制造开关、插座、插头等电气零件， 日用品及其他工业制品。热固性酚醛树脂压塑粉主要用于制造高 电绝缘制件。增强酚醛塑料 以酚醛树脂（主要是热固性酚醛树脂） 溶液或乳液浸渍各种纤维及其织物，经干燥、压制成型的各种增 强塑料是重要的工业材料。它不仅机械强度高、综合性能好，而 且可进行机械加工。以玻璃纤维、石英纤维及其织物增强的酚醛 塑料主要用于制造各种制动器摩擦片和化工防腐蚀塑料；高硅氧 玻璃纤维和碳纤维增强的酚醛塑料是航天工业的重要耐烧蚀材料。
n
n = 0~19
酚醛环氧树脂：
H2 C O HC CH2 O O H2 C HC CH2 O O H2 C HC CH2 O
复合材料的基体材料
基体材料
高分子化合物的物理形态
基体材料
环氧树脂
泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的 有机高分子化合物，分子结构是以分子链中 含有活泼的环氧基团为其特征
O 环氧基团：—CH—CH—
基体材料
性能和特性
1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应 各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔 点固体。 2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可 以在0～180℃温度范围内固化。 3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存 在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收 缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加 成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水 或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂 相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。
基体材料
基体的作用
把纤维粘在一起； 分配纤维间的载荷； 保护纤维不受环境影响
基体材料
基体材料的工艺性
成型的基本过程：用树脂浸渍纤维—烘干定型— 固化 浸润性能、黏接性能、流动性能、固化性能（成 型方法选择和工艺参数确定的主要依据）。 固化：线形树脂在固化剂存在或加热条件下，发 生化学反应转变成不溶、不熔、具有体型结构的 固态树脂的全过程。黏流态——固态
基体材料
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复合材料的原材料：基体材料+增强材料 •基体材料的分类： •金属基体材料 •陶瓷基体材料 •聚合物基体材料
金属机体
选择原则
金属机体
结构用金属基复合材料的基体
金属机体
功能用金属基复合材料的基体
金属基复合材料 主要涉及：
1.材料表面 2.凝固
3.界面
4.塑性形变
5.相变
6.断裂力学
金属基复合材料基体材料包括
金属 金属合金
选择原则：
金属与金属合金种类繁多目前主要使用的基体材料有 铝 及其合金、镁合金、钛合金、镍合金、锌合金、钢铜合金、铅、 钛铝金属间氧化物等。
（1）根据金属基复合材料的使用要求 （2）根据金属基复合材料的组成特点 （3）根据金属基复合材料的相容性
金属基复合材料使用要求：
航天航空技术要求高强度比和比模量以及尺 寸稳定性。 高性能发动机要求高强度比和比模量以及耐 高温性能。 汽车发动机要求耐火、耐磨、耐高温、高强 度、成本低廉、适合批量生产。 工业集成电路要求导热、低膨胀
金属基复合材料组成特点：
选用不同类型的增强材料，如连 续纤维、短纤维或者晶须，对基体材 料的选择有很大的影响。 例如在连续纤维增强的复合材料中集 体的主要作用是充分发挥增强纤维的 性能为主，基体本身应与纤维有良好 的相容性和塑性。
金属基复合材料结构特点
在汽车、航空 等领域，在基体结构 上要求的要求的很多。 如热材料结构、抗氧化、抗蠕变、耐 疲劳、抗高温等
金属材料的使用范围：
镁铝复合材料一般只能在450摄氏度左右
钛合金复合材料一般用于650摄氏度左右 镍钴合金用于1200摄氏度左右
Hale Waihona Puke